專利名稱：三次元離線掃描編程系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種三次元離線掃描編程系統及方法。
背景技術：
對于產品制造業，產品品質精密度的提升已成為企業生存競爭的不二法門，而量測設備也從傳統的卡尺、顯微鏡、投影機到三次元接觸式量測設備，這是伴隨著產品精密度的提升，而隨之增加量測設備的精密度。三次元量測設備可對產品執行高精密及高速度的幾何尺寸和幾何公差的量測，需要對量測設備進行在線編程，即在量測機臺所配備的用戶端電腦上直接運用量測機臺對產品進行編程。現有的編程系統需用戶手動實現量測采點方案，機械性的重復操作非常多，且量測點分布存在不合理性，量測過程針對性不強，從而降低了量測效率。
發明內容鑒于以上內容，有必要提供一種三次元離線掃描編程系統，其可實現自動采點方案，進而實現了量測編程任務的批處理，保證了量測元素分布的合理性和高效性。
鑒于以上內容，還有必要提供一種三次元離線掃描編程方法，其可實現自動采點方案，進而實現了量測編程任務的批處理，保證了量測元素分布的合理性和高效性。
一種三次元離線掃描編程系統，其通過一電腦對由一量測控制軟件控制的量測設備進行自動離線編程。該系統包括一接收模塊，用于接收用戶設定的掃描方式參數和掃描輸出參數，及接收用戶選擇的待測工件上的一組實體面，其中掃描輸出參數包括量測元素的類型；一計算模塊，用于根據上述掃描方式參數和用戶選擇的實體面來計算量測元素的行列數及每個量測元素所處面的法向量，得出一量測元素參數隊列并對其進行有效性檢查，以得出有效的量測元素參數隊列；一創建模塊，用于根據上述量測元素的類型創建相應的量測元素，并將所創建的量測元素標識存于上述有效的量測元素參數隊列中，從而創建一帶有量測元素標識的量測元素參數隊列；一生成模塊，用于根據上述帶有量測元素標識的量測元素參數隊列及量測元素的類型生成每個量測元素對應的三次元程序，并添加到當前三次元程序所在文件中形成一個控制文件；一輸出模塊，用于將上述控制文件輸出并加載到上述量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測設備對待測工件的測量。
所述系統還包括一繪制模塊，用于根據用戶需要來繪制測針移動軌跡線以模擬量測過程。
所述系統還包括一判斷模塊，用于判斷用戶選擇的實體面是否處理完畢，判斷接收模塊中是否接收到繪制測針移動軌跡線的參數設置，及判斷繪制模塊繪制測針移動軌跡線時測針是否到達量測元素參數隊列的隊尾。
一種三次元離線掃描編程方法，其通過一電腦對由一量測控制軟件控制的量測設備進行自動離線編程，該方法包括以下步驟(a)接收用戶設置的參數及用戶選擇的待測工件上的一組實體面，其中用戶設置的參數包括量測元素的類型；(b)計算量測元素參數；(c)創建量測元素；(d)生成每個量測元素的三次元程序，并添加到當前三次元程序中形成一個控制文件；(e)輸出所生成的控制文件并加載到上述量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測設備對待測工件的測量。
所述的三次元離線掃描編程系統及方法，能夠根據用戶需要自動在所選擇的實體面上生成分布均勻的量測元素，保證了量測元素分布的合理性，且由于可同時處理多個實體面的量測元素的編程，因而提高了量測編程的高效性。
圖1是本發明三次元離線掃描編程系統較佳實施例的實施環境圖。
圖2是本發明三次元離線掃描編程系統較佳實施例的功能模塊圖。
圖3是本發明三次元離線掃描編程方法較佳實施例的作業流程圖。
具體實施方式參閱圖1所示，是本發明三次元離線掃描編程系統較佳實施例的實施環境圖。該三次元離線掃描編程系統實施環境包括一量測設備4及一臺用戶端電腦5。該量測設備4包括一量測機臺2和一電腦3，二者通過數據線相連。該電腦3安裝有量測控制軟件。所述用戶端電腦5可以是任一臺個人電腦，該用戶端電腦5既可以獨立于該量測設備4，也可以通過內部網或因特網與電腦3相連，在圖1中示出用戶端電腦5與量測設備4相連的情形，未示出相互獨立的情形。該用戶端電腦5中安裝有三次元離線掃描編程系統1。所述的三次元離線掃描編程系統1包括一系列功能模塊(詳見圖2)，用于對量測機臺2進行自動離線編程，即可不在量測機臺2所配備的電腦3上直接進行編程，而是在用戶端電腦5上進行脫機編程，然后再將編好的程序輸出并載入量測機臺2所配備的電腦3上，即加載到該電腦3上的量測控制軟件中合成量測程序，然后再在量測設備4上執行該量測程序。
參閱圖2所示，是本發明三次元離線掃描編程系統較佳實施例的功能模塊圖。該三次元離線掃描編程系統1包括一接收模塊11，一計算模塊12，一創建模塊13，一繪制模塊14、一生成模塊15、一輸出模塊16及一判斷模塊17。
其中接收模塊11用于接收用戶設置的參數，其包括掃描方式參數、掃描輸出參數及接收用戶選擇的待量測工件上的一組實體面。其中所述的掃描方式是確定一個實體面生成的量測元素的個數的方法，其包括如下三種掃描方式(1)By UV根據行數U和列數V確定每個實體面生成的量測點即量測元素的個數U*V；(2)By Points直接輸入每個實體面生成的量測元素的個數(Points Number)；(3)By Color&Area根據實體面的面積和顏色查表確定每個實體面生成的量測元素的個數，表中每行的信息依次為顏色名稱(Color)，顏色索引號(ID)，面積下界，面積上界，及對應的量測元素，該表格信息是在文本編輯器中打開的ScanParameter.txt文件，用戶可以按照指定格式編輯表格內容，將表格刷新后，系統會自動讀取該表格中的內容。所述的掃描輸出參數包括(1)量測元素的類型，包括點、面及圓；(2)法向量是否反向；(3)是否繪制測針移動軌跡線；(4)把量測元素添加到三次元程序時是否顯示面掃描相關摘要信息。
計算模塊12用于根據用戶設置的掃描方式參數和用戶提取的實體面來計算量測元素的行列數及每個量測元素所處面的法向量，根據計算出的量測元素的行列數及計算出的法向量得出一量測元素參數隊列，并對該量測元素參數隊列進行有效性檢查，從而得到一有效的量測元素參數隊列。所述的每個量測元素參數均由一量測元素坐標(x，y，z)和該量測元素所處面的法向量(i，j，k)構成。所述的有效性檢查是指通過提取量測元素參數隊列中的一個量測元素參數(x，y，z)(i，j，k)，生成一個在法向(i，j，k)上與該量測元素坐標(x，y，z)偏距很小的點，若該偏移點在工件的實體內，則表明該量測元素參數(x，y，z)(i，j，k)有效，否則生成一個在法向(i，j，k)的反向上與該量測元素坐標(x，y，z)偏距很小的點，若該偏移點在工件的實體內，則表明該量測元素參數(x，y，z)(i，j，k)是有效的，否則表明該量測元素參數(x，y，z)(i，j，k)是無效的，需從量測元素參數隊列中刪除。
創建模塊13用于根據接收模塊11所接收的量測元素的類型創建相應的量測元素，并將所創建的量測元素標識儲存于計算模塊12得到的有效量測元素參數隊列中，從而創建成一帶有量測元素標識的量測元素參數隊列。即若創建的量測元素的類型是“點”類型，則根據計算模塊12計算得到的量測元素參數隊列中每個量測元素參數中的量測元素坐標及法向量來創建對應的量測點；若創建的量測元素的類型是“面”類型，則以上述量測元素參數隊列中每個量測元素參數中的量測元素坐標作為面上一點的坐標，以法向量作為面的法向量創建每個量測元素對應的面；若創建的量測元素的類型是“圓”類型，則以上述量測元素參數隊列中每個量測元素參數中的量測元素坐標為圓心坐標，以法向量作為圓所在平面的法向量創建每個量測元素對應的單位圓。
繪制模塊14用于根據用戶需要來繪制測針移動軌跡線以模擬量測過程，首先將測針置于創建模塊13所創建的帶有量測元素標識的量測元素參數隊列的隊首位置，然后提取量測元素參數隊列中的下一個量測元素參數作為該測針移動的目標位置，測針移動至目標位置，并繪制當前位置坐標和目標位置坐標之間的測針移動軌跡線，若測針還沒有到達上述量測元素參數隊列的隊尾，則把測針移動目標位置設置為測針當前位置，再提取下一個量測元素參數作為測針移動的目標位置再繪制軌跡線。
生成模塊15用于根據創建模塊13所創建的帶有量測元素標識的量測元素參數隊列及接收模塊11所接收的掃描輸出參數中的量測元素類型生成每個量測元素對應的三次元程序，并添加到當前三次元程序所在文件中而形成一控制文件。所述三次元程序包括生成模塊15首先根據量測元素類型所生成的量測元素的名稱，其為量測元素類型名稱縮寫加流水號，所標識的量測元素的類型，及根據創建模塊13所創建的帶有量測元素標識的量測元素參數隊列中的每個量測元素參數及其類型而輸出的相應的量測點的坐標。
若量測元素的類型為“點”類型，則在該“點”類型量測元素對應的三次元程序中生成該量測元素對應的量測點在理論坐標系下的坐標、在理論坐標系下的法向量及在用戶坐標系下的坐標，其中該量測點在用戶坐標系下的坐標是由其在理論坐標系下的坐標通過矩陣變換得到的。“點”類型量測元素對應的三次元程序代碼如下PNT1＝FEAT/POINTTHEO/-27.51，17.3，3.22，0.01，-1，0MEAS/POINT，1HIT/BASIC，-27.51，17.3，3.22，0.01，-1，0，-27.34，17.55，3.22ENDMEAS\其中，PNT1表示量測元素名稱，其為類型名稱縮寫加流水號；FEAT表示量測元素起始標示；POINT標示量測元素為“點”類型；THEO/-27.51，17.3，3.22，0.01，-1，0中的-27.51，17.3，3.22表示量測點在理論坐標系下的坐標，0.01，-1，0表示量測點在理論坐標系下的法向量；MEAS/POINT，1表示測針量測動作指示，末尾的1表示量測一個點；HIT/BASIC，-27.51，17.3，3.22，0.01，-1，0，-27.34，17.55，3.22中的HIT/BASIC表示量測點起始標示，-27.51，17.3，3.22表示量測點在理論坐標系下的坐標，0.01，-1，0表示量測點在理論坐標系下的法向量，-27.34，17.5 5，3.22表示量測點在用戶坐標系下的坐標；ENDMEAS\表示量測元素結束標示。
若量測元素的類型為“面”類型，則在該“面”類型量測元素對應的三次元程序中生成以該量測元素坐標為圓心坐標的單位圓的三分點坐標，每一分點坐標均由其在理論坐標系下的坐標、在理論坐標系下的法向量及在用戶坐標系下的坐標組成。“面”類型量測元素對應的三次元程序代碼如下PLN2＝FEAT/PLANETHEO/8.64，1.65，2，0，0，1MEAS/PLANE，3HIT/BASIC，31.27，11.52，2，0，0，1，31.39，11.23，2HIT/BASIC，35.32，-3.05，2，0，0，1，35.3，-3.38，2HIT/BASIC，-11.06，-7.63，2，0，0，1，-11.12，-7.53，2ENDMEAS\其中，MEAS/PLANE，3表示量測面時，以面上一點為圓心作單位圓，量測圓的三分點。
若量測元素的類型為“圓”類型，則在該“圓”類型量測元素對應的三次元程序中生成創建模塊13所創建的每個單位圓的四分點坐標，每一分點坐標均由其在理論坐標系下的坐標、在理論坐標系下的法向量及在用戶坐標系下的坐標組成。“圓”類型量測元素對應的三次元程序代碼如下S1＝FEAT/CIRCLETHEO/0.00，0.00，-0.50，0.00，0.00，1.00ACTL/0.00，0.00，-0.50，0.00，0.00，1.00MEAS/CIRCLE，4HIT/BASIC，10.00，0.00，-0.50，-1.00，0.00，0.00，10.00，0.00，0.00HIT/BASIC，0.00，10.00，-0.50，0.00，-1.00，0.00，0.00，10.00，0.00HIT/BASIC，-10.00，0.00，-0.50，1.00，0.00，0.00，-10.00，0.00，0.00HIT/BASIC，0.00，-10.00，-0.50，0.00，1.00，0.00，0.00，-10.00，0.00ENDMEAS\MEAS/CIRCLE，4表示量測圓時，量測圓的四分點。
輸出模塊16用于將生成模塊15所生成的控制文件輸出并加載到與量測機臺2相連的電腦3中的量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測機臺2對待測工件的測量。
判斷模塊17用于判斷用戶所選擇的一組實體面是否處理完畢，判斷接收模塊11中是否接收到繪制測針移動軌跡線的參數設置，及判斷繪制模塊14繪制測針移動軌跡線時測針是否到達量測元素參數隊列的隊尾。
參閱圖3所示，是本發明三次元離線掃描編程方法較佳實施例的作業流程圖。首先接收模塊11接收用戶設置的參數，其包括掃描方式參數和掃描輸出參數(步驟S100)。接收模塊11接收用戶選擇的一組實體面，其可包括一個或多個實體面(步驟S102)。計算模塊12提取用戶所選擇的一組實體面中的一個實體面計算量測元素參數，其包括量測元素的行列數計算及每個量測元素所處面的法向量計算，并根據計算出的量測元素的行列數及計算出的法向量得出一量測元素參數隊列，再對該量測元素參數隊列進行有效性檢查，從而得到有效的量測元素參數隊列(步驟S104)。創建模塊13根據接收模塊11所接收的量測元素的類型創建相應的量測元素，并將所創建的量測元素標識儲存于量測元素參數隊列中，從而創建成一帶有量測元素標識的量測元素參數隊列。(步驟S106)。判斷模塊17判斷所有被選擇的實體面是否處理完(步驟S108)。若所選擇的一組實體面都已處理完，則判斷模塊17再判斷接收模塊11中是否接收到繪制測針移動軌跡線的參數設置(步驟S110)。若接收到繪制測針移動軌跡線的設置，則繪制模塊14用創建模塊13創建的帶有量測元素標識的量測元素參數隊列中的第一個量測元素參數初始化測針的位置(步驟S112)。繪制模塊14從上述量測元素參數隊列中提取下一個量測元素參數作為測針移動的目標位置(步驟S114)。繪制模塊14繪制測針移動軌跡線以模擬量測過程(步驟S116)。判斷模塊17判斷繪制模塊14繪制測針移動軌跡線時測針是否到達上述量測元素參數隊列的隊尾(步驟S118)。生成模塊15根據創建模塊13所創建的帶有量測元素標識的量測元素參數隊列及接收模塊11所接收的掃描輸出參數中的量測元素類型生成該量測參數隊列中每個量測元素對應的三次元程序，并添加到當前三次元程序所在文件中以形成一控制文件(步驟S120)。輸出模塊16將生成模塊15所生成的控制文件輸出并加載到與量測機臺2相連的電腦3中的量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測機臺2對待測工件的測量(步驟S122)。
在步驟S108中，若還有被選擇的實體面沒有處理完，則返回步驟S104。
在步驟S110中，若判斷沒有繪制測針移動軌跡線的設置，則轉入步驟S120。
在步驟S118中，若測針沒有到達量測元素參數隊列的隊尾，則返回步驟S114。
權利要求
1.一種三次元離線掃描編程系統，其通過一電腦對由一量測控制軟件控制的量測設備進行自動離線編程，其特征在于，該系統包括一接收模塊，用于接收用戶設定的掃描方式參數和掃描輸出參數，及接收用戶選擇的待測工件上的一組實體面，其中掃描輸出參數包括量測元素的類型；一計算模塊，用于根據上述掃描方式參數和用戶選擇的實體面來計算量測元素的行列數及每個量測元素所處面的法向量，得出一量測元素參數隊列并對其進行有效性檢查，以得出有效的量測元素參數隊列；一創建模塊，用于根據上述量測元素的類型創建相應的量測元素，并將所創建的量測元素標識存于上述有效的量測元素參數隊列中，從而創建一帶有量測元素標識的量測元素參數隊列；一生成模塊，用于根據上述帶有量測元素標識的量測元素參數隊列及量測元素的類型生成每個量測元素對應的三次元程序，并添加到當前三次元程序所在文件中形成一個控制文件；一輸出模塊，用于將上述控制文件輸出并加載到上述量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測設備對待測工件的測量。
2.如權利要求1所述的三次元離線掃描編程系統，其特征在于，所述的系統還包括一繪制模塊，用于根據用戶需要來繪制測針移動軌跡線以模擬量測過程。
3.如權利要求2所述的三次元離線掃描編程系統，其特征在于，所述的系統還包括一判斷模塊，用于判斷用戶選擇的實體面是否處理完畢，判斷接收模塊中是否接收到繪制測針移動軌跡線的參數設置，及判斷繪制模塊繪制測針移動軌跡線時測針是否到達量測元素參數隊列的隊尾。
4.如權利要求1所述的三次元離線掃描編程系統，其特征在于，所述的掃描方式參數包括行數及列數、量測點數、顏色和面積。
5.如權利要求1所述的三次元離線掃描編程系統，其特征在于，所述的掃描輸出參數還包括法向量是否反向、是否繪制測針移動軌跡線、及把量測元素添加到三次元程序時是否顯示面掃描相關摘要信息。
6.一種三次元離線掃描編程方法，其通過一電腦對由一量測控制軟件控制的量測設備進行自動離線編程，其特征在于，該方法包括以下步驟接收用戶設置的參數及用戶選擇的待測工件上的一組實體面，其中用戶設置的參數包括量測元素的類型；計算量測元素參數；創建量測元素；生成每個量測元素的三次元程序，并添加到當前三次元程序中形成一個控制文件；輸出所生成的控制文件并加載到上述量測控制軟件中合成量測程序，以控制量測設備對待測工件的測量。
7.如權利要求6所述的三次元離線掃描編程方法，其特征在于，所述的計算量測元素參數的步驟包括計算量測元素的行列數及每個量測元素所處面的法向量；得出一量測元素參數隊列；對該量測元素參數隊列進行有效性檢查；得出一有效的量測元素參數隊列。
8.如權利要求7所述的三次元離線掃描編程方法，其特征在于，所述的創建量測元素的步驟包括根據量測元素的類型創建相應的量測元素；將創建的量測元素的標識存于上述有效量測元素參數隊列中，形成一帶有量測元素標識的量測元素參數隊列。
9.如權利要求8所述的三次元離線掃描編程方法，其特征在于，所述生成每個量測元素的三次元程序的步驟之前還包括如下步驟判斷是否接收到繪制測針移動軌跡線的設置；若接收到繪制測針移動軌跡線的設置，則用該帶有量測元素標識的量測元素參數隊列的隊首初始化測針位置；提取下一個量測元素參數作為測針移動的目標位置；移動測針到目標位置，同時繪制測針移動軌跡線；判斷測針是否到達該量測元素參數隊列的隊尾；若測針到達該量測元素參數隊列的隊尾，則進入生成每個量測元素的三次元程序的步驟；若測針沒有到達該量測元素參數隊列的隊尾，則返回上述提取下一個量測元素參數作為測針移動的目標位置的步驟。
10.如權利要求6所述的三次元離線掃描編程方法，其特征在于，所述量測元素的類型包括“點”類型、“面”類型及“圓”類型。
全文摘要
本發明提供一種三次元離線掃描編程系統，包括一接收模塊、一計算模塊、一創建模塊、一生成模塊及一輸出模塊。本發明還提供一種三次元離線掃描編程方法，其包括如下步驟接收用戶設置的參數及用戶選擇的待測工件上的一組實體面；計算量測元素參數；創建量測元素；生成每個量測元素的三次元程序，并添加到當前三次元程序中形成一個控制文件；輸出所生成的控制文件并加載到一量測設備中的量測控制軟件中合成量測程序，以控制該量測設備對待測工件的測量。本發明所提供的三次元離線掃描編程系統及方法，其可實現自動采點方案，進而實現了量測編程任務的批處理，保證了量測元素分布的合理性和高效性。
文檔編號G01B21/02GK1987349SQ20051012120
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者張旨光, 吳新元, 陳杰榮, 湯曉丹, 王敏, 楊炳根 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司